某著名大學(xué)土力學(xué)教學(xué)課件 第一二章 土的三相組成

第二章土的三相組成土是由固體相、液體相、氣體相組成的三相體系。固體相指土中的礦物顆粒，簡稱土粒。它構(gòu)成土的骨架，稱為土骨架。液體相由水溶液組成，可分為強結(jié)合水、弱結(jié)合水、毛細水、重力水等。氣體相由空氣和其它氣體構(gòu)成。土粒的大小、相關(guān)礦物成分以及大小搭配情況對土的物理力學(xué)性質(zhì)有明顯影響目錄第一節(jié)土的顆粒級配第二節(jié)土的礦物成分第三節(jié)土中的水第四節(jié)土的結(jié)構(gòu)第一節(jié)土的顆粒級配一、粒組的劃分自然界中土一般都是由大小不等的土粒混合而組成的，也就是不同大小的土顆粒按不同的比例搭配關(guān)系構(gòu)成某一類土，比例搭配（級配）不一樣，則土的性質(zhì)各異。土粒的大小通常以粒徑表示，以mm為單位。土粒按粒徑大小分為若干組別，稱為粒組。粒組就是一定的粒徑區(qū)段，以毫米表示。

粒組的劃分的原則符合粒徑變化所引起的質(zhì)的變化規(guī)律，即每個粒組的成分與性質(zhì)無質(zhì)的變化，具相同或相似的成分與性質(zhì)；與粒組的分析技術(shù)條件相適應(yīng)，即不同大小的土?？刹捎貌煌倪m用方法進行分析；粒組界限值力求服從簡單的數(shù)學(xué)規(guī)律。200、20、2、1/20、1/200mm表2-1土的粒組劃分方案

粒組統(tǒng)稱粒組名稱粒徑d范圍（mm）分析方法主要特征巨粒漂石（塊石）粒d>200直接測定透水性很大，壓縮性極小，顆粒間無粘結(jié)，無毛細性。卵石（碎石）粒60<d≤200粗粒礫粒粗礫20<d≤60篩

分

法透水性大，壓縮性小，無粘性，有一定毛細性。細礫2<d≤20砂粒粗砂0.5<d≤2中砂0.25<d≤0.5細砂0.075<d≤0.25細粒粉粒0.005<d≤0.075靜水沉降原理透水性小，壓縮性中等，毛細上升高度大，微粘性。粘粒d≤0.005透水性極弱，壓縮性變化大，具粘性和可塑性。粒組名稱粒徑d范圍（mm）分析方法主要特征巨粒組d>60直接測定透水性很大，壓縮性極小，顆粒間無粘結(jié)，無毛細性。粗粒組礫粒組2<d≤60篩分法透水性大，壓縮性小，無粘性，有一定毛細性。砂粒組0.075<d≤2細粒組粉粒0.005<d≤0.075靜水沉降原理透水性小，壓縮性中等，毛細上升高度大，微粘性。粘粒d≤0.005透水性極弱，壓縮性變化大，具粘性和可塑性。二、顆粒級配的測定土的顆粒級配是指土中各粒組的相對百分含量，通常用各粒組占土?？傎|(zhì)量（干土質(zhì)量）的百分數(shù)表示，也稱為土的粒度成分。粗粒土指以礫石和砂粒為主的土。細粒土指以粉粒、粘粒和膠粒為主的土。篩分法（適用于礫石類和粗粒土，d>0.1mm）靜水沉降分析法（適用于細粒土，d<0.1mm）（虹吸比重瓶法、移液管法、比重計法）三、篩分法用一套孔徑不同的篩子，按從上至下篩孔逐漸減小放置。將事先稱過質(zhì)量的烘干土樣過篩，稱出留在各篩上的土質(zhì)量，然后計算其占總土粒質(zhì)量的百分數(shù)靜水沉降分析原理：Stokes公式式中：V—土粒的沉降速度，cm/s；d—土粒直徑，mm；（等效直徑）ρs—土粒密度，g/cm3；ρw—水的比重，g/cm3；η—水的動力粘滯系數(shù)，10-6kPa?s；g—重力加速度，cm/s2“等效直徑”是指土粒沉降速度與某一粒徑的球形顆粒的沉降速度相等，那么這球形顆粒的直徑即為該土粒的直徑。比重計法利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量三、顆粒級配的表示方法表格法是將分析資料(各粒組的百分含量或小于某粒徑的累積百分含量)填在已制好的表格內(nèi)。表2-2顆粒分析成果表土樣編號粒組（mm）百分含量>22-0.50.5-0.250.25-0.0750.075-0.005<0.005128101520101721040251510351020152030表2-3顆粒分析成果表土樣編號小于某粒徑（mm）累積百分含量>2<2<0.5<0.25<0.075<0.0051287262472717顆粒級配累積曲線（圖解法）橫坐標采用對數(shù)坐標，表示土顆粒直徑，單位mm；縱坐標為小于某粒徑土的累積含量，用百分比表示。土的粗細常用平均粒徑（mm）d50表示，d50指土中大于或小于此粒徑的土粒含量均占50。顆粒級配累積曲線土樣編號小于某粒徑（mm）累積百分含量>2<2<0.5<0.25<0.075<0.00512872624727170.0010.0050.010.11特征粒徑d10—有效粒徑（de）；d50—平均粒徑；d30、d60—限制粒徑。顆粒級配累積曲線土的不均勻系數(shù)CuCu=d60/d10Cu<5的土視為級配不良的均粒土，而Cu>5的土稱為級配良好的非均粒土。土的曲率系數(shù)CcCc=1~3時，為級配連續(xù)；Cc<1或Cc>3時，級配不連續(xù)。四、土按顆粒級配的分類粗粒土：土中粒徑>0.075mm的質(zhì)量超過全部質(zhì)量的50%。細粒土：土中粒徑>0.075mm的質(zhì)量小于全部質(zhì)量的50%?！稁r土工程勘察規(guī)范》中的分類法：將粒徑>2mm的質(zhì)量超過50%的稱為碎石土；將粒徑＞2mm的質(zhì)量小于50％而大于0.075mm的質(zhì)量超過50%的稱為砂土；將大于0.075mm的質(zhì)量小于50%的定為粉土或粘性土。碎石土、砂土和粉土又稱為無粘性土。四、土按顆粒級配的分類土的礦物成分原生礦物次生礦物有機質(zhì)粘土礦物無定形氧化物膠體可溶鹽第二節(jié)土的礦物成分一、土中礦物類型及特性礦物成分取決于母巖的礦物成分和風(fēng)化作用原生礦物原生礦物是巖石經(jīng)物理風(fēng)化破碎但成分沒有發(fā)生變化的礦物碎屑。例：石英、云母、長石等原生礦物顆粒一般都較粗大，它們主要存在于卵、礫、砂、粉各粒組中。特征：礦物成分的性質(zhì)較穩(wěn)定，由其組成的土具有無粘性、透水性較大、壓縮性較低的特點巖石物理風(fēng)化巖石破碎化學(xué)成分不改變原生礦物次生礦物化學(xué)風(fēng)化成分改變?nèi)転V帶走、沉積殘留部分原生礦物可溶性次生礦物不可溶性次生礦物次生礦物是原生礦物在一定氣候條件下經(jīng)化學(xué)風(fēng)化作用，使其進一步分解而形成一些顆粒更細小的新礦物?？扇苄源紊V物又叫水溶鹽，常見的有石鹽、石膏等。不可溶性次生礦物又有次生二氧化硅、倍伴氧化物和粘土礦物。特征：不同的次生礦物性質(zhì)各異。無定形氧化物膠體粘土礦陷物是主斬要的次臨生礦物，是組成煎粘粒的主扯要礦物成膀分。粘土礦物錄的結(jié)晶格耍架由鋁氧八面踢體和硅氧四面字體兩個基本暗單位組成游。硅氧四兵面體是硅片的基本單菜元，其化仁學(xué)式為[材SiO4]鋁—氧八召面體是鋁片的基本獅單元，勵其化學(xué)滋式為[勉Al2(OH千)6-粘土礦赤物粘土礦物遷的類型與筍性質(zhì)高嶺石晶層之間運連結(jié)牢固困，水不能刷自由滲入仔，故其親牲水性差，輩可塑性低捆，脹縮性確弱；蒙脫石則反之嘆，晶胞執(zhí)之間連狹結(jié)微弱差，活動擱自由，碼親水性喚強，脹刊縮性亦耳強；伊利石扎（水云蛙母）的性質(zhì)介風(fēng)于二者之帶間。粘土礦物德中分布較恒廣且對土關(guān)性質(zhì)影響盟較大的是蒙脫石、高嶺石和伊利石(或水軟云母)喚三種。由微生物貫分解動楚植物殘輪骸形成蜂，分為有機殘榆余物（泥炭）和腐殖質(zhì)。腐殖質(zhì)含量在池1.5妖%~2代%以上拒稱為淤幅泥類土三，壓縮灑性極高王，強度龍很低。有機質(zhì)踐含量〉畝5%的可土稱為有機質(zhì)扇土。有機質(zhì)（賽了解）二、礦毅物成分永與粒組魄之間的坦關(guān)系粒徑大伴于0.壁075充mm的軍各粒組懇，均由項原生礦流物所構(gòu)慶成，其中抖漂石粒逐、卵石蓬粒、礫凱粒，其誰粒徑往災(zāi)往大于滾礦物顆法粒，多殿數(shù)是由拋母巖碎茂屑構(gòu)成味，一般隙具有的臨多礦物嬸結(jié)構(gòu)，砂粒與原團生礦物顆慣粒大小近搜似，往往閘是由單礦寄物組成，敬以石英最愉為常見。粉粒組勿由原生閱礦物與墓次生礦根物混合類組成，其中贈以石英畢為主，剃其次為再高嶺石傷及難溶竊鹽。粘粒組主解要由不可訪溶性次生環(huán)礦物與腐乎植質(zhì)組成，有時傻也含難蜓溶鹽，砌其中粘粱土礦物伴是最常撤見的礦醬物。第三節(jié)折土午中的水一、土中季水的類型巧與特性土中的水礦物成分礙水結(jié)合水重力水毛細水結(jié)構(gòu)水捕、結(jié)晶傍水、沸斷石水孔隙水自由水弱結(jié)合始水強結(jié)合杏水二、土粒嶼與水的相消互作用1、土粒的譯比表面怠積定義單往位質(zhì)量病或單位監(jiān)體積土宰顆粒所兼擁有的鬧表面積嘩稱為比太表面積炭。即2、粘粒練的帶電性夢質(zhì)土中的粘寇土顆粒在傻電場中向筐陽極泳動展的現(xiàn)象稱業(yè)為電泳。而土中罰的液體滲勻向陰極，范稱為電滲。這兩種葬現(xiàn)象是同懇時發(fā)生的仆，稱為電動現(xiàn)部象。粘粒表厚面產(chǎn)生盤電荷的秧原因：1、選燒擇性吸標附；2爪、表面布分子的濃離解；懸3、同難晶替換3、粘冠粒雙電濟層顆粒表涌面的負哪電荷構(gòu)夜成電場疊的內(nèi)層（決定恨電位層犯）。水中恒被吸引鎖在顆粒筒表面的剪陽離子床和定向混排列的讀水分子篇構(gòu)成電稍場的外頁層（反離騎子層）。合稱雙電層。受顆粒清表面電竟場作用渣力吸引岔而包圍并在顆粒忍周圍，敗不傳遞側(cè)靜水壓獎力不能監(jiān)任意流產(chǎn)動的水廁，稱為結(jié)合水。從水分寇子的角隆度講，口雙電層滋的外層高就是結(jié)蛙合水層會。結(jié)合水弱結(jié)合水（擴散層）：是一惠種粘滯水漢膜，是粘信性土在一艷定含水量所范圍內(nèi)具氏可塑性的繁原因強結(jié)合餅水（固定層）：性減質(zhì)接近止于固體排，具蠕查變性，勺略高于放100宵℃可蒸由發(fā)反離子姨層第四節(jié)萄土籍的結(jié)構(gòu)土的結(jié)喘構(gòu)是指組艷成土的毒土粒大根小、形柄狀、表剛面特征脹，土粒倆間的連掉結(jié)關(guān)系管和土粒享的排列配情況，區(qū)其中包烏括顆粒資或集合做體間的煙距離、罵孔隙大楚小及其散分布特洋點。一、土拌粒間的臣連結(jié)關(guān)余系1．接觸連結(jié)，是指拔顆粒之襪間的直遲接接觸劑，接觸鎖點上的陡連結(jié)強戲度主要屋來源于爽外加壓蝕力所帶鏡來的有躺效接觸熔壓力。崗這種連示結(jié)方式改在砂土翠、粉土碗中或近貍代沉積墾土中普憂遍存在逃。2．膠結(jié)連焰結(jié)，是指庫顆粒之以間存在枯著許多申膠結(jié)物省質(zhì)，將踩顆粒膠歷結(jié)連結(jié)有在一起款。3．結(jié)合水連竭結(jié)，是指通型過結(jié)合水矩膜而將相還鄰?fù)亮＿B中結(jié)起來的己連結(jié)形式忠，又叫水押膠連結(jié)，彼這種連結(jié)屋在一般粘臨性土中普御遍存在。4．冰連結(jié)二、土的抬結(jié)構(gòu)類型（一）巨扁粒土與粗最粒土的結(jié)森構(gòu)類型粗粒土跡的結(jié)構(gòu)意主要為單粒結(jié)構(gòu)。根據(jù)顆斗粒間的排毒列接觸關(guān)器系可分為松散結(jié)險構(gòu)和密實結(jié)姻構(gòu)。密實狀態(tài)疏松狀態(tài)在成土證過程中眉所形成項的土粒鵲的空間完排列及鄭其聯(lián)結(jié)魯形式，副與組成躺土的顆乳粒大小捏、顆粒福形狀、似礦物成耀分和沉鍬積條件剃有關(guān)（二）細拳粒土的結(jié)鏡構(gòu)類型細粒土憑顆粒細扒小，細沒粒土一菊般為團聚結(jié)構(gòu)。蜂窩結(jié)構(gòu)瓜：顆粒間什點與點萍接觸，酬由于彼幻玉此之間伸引力大厘于重力炎，接觸打后，不搬再繼續(xù)武下沉，螞形成鏈贈環(huán)單位列,很多幣鏈環(huán)聯(lián)克結(jié)起來規(guī)，形成蝦孔隙較槽大的蜂尊窩狀結(jié)削構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)裙：細微粘墊粒大都勸呈針狀賊